C 物件模型的演變及驗證 1

2012-11-10 wcdj

關鍵字：c++物件模型, 訪問私有成員, 虛函式, 虛函式表（vtbl）, 虛函式表指標（vptr）, 類成員函式指標

在c++中：

有兩種類資料成員：(1) static (2) nonstatic

有三種類成員函式：(1) static (2) nonstatic (3)virtual

c++物件模型的演變過程：

乙個object是一系列的slots，每個slot指向乙個members。在這個簡單模型中，members本身並不放在object之中，只有指向member的指標才放在object內。

此模型提出了一種思想：使用索引的思想，之後被應用到c++的指向成員的指標思想中。

class object本身則內含指向這兩個**的指標，乙個指向data member table，乙個指向member function table。其中，member function table是一系列的slots，每乙個slot指出乙個member function；而data member table則直接含有data本身。

此模型也提出了一種思想：member function table的思想成為以後virtual functions的乙個有效解決方案。

nonstatic data members被置於每乙個class object之內，static data members則被存放在所有的class object之外，並且，static和nonstatic function members也被放在所有的class object之外。

virtual functions則以兩個步驟支援之：

[1] 存在乙個virtual table。每乙個class產生一堆指向virtual functions的指標，並存放在這張表中。（根據虛函式宣告的順序存放）

[2] 每乙個class object被新增了乙個指標，指向相關的virtual table。（這個指標被稱為vptr）

注意：(a) vptr的設定和重置都有每乙個class的constructor、destructor和copy assignment運算子自動完成。

(b) 每乙個class所關聯的type_info object (用以支援runtime type identification, rtti)也經由virtua ltable 被指出來, 通常是放在**的第乙個slot處。（注意實踐表明可能不是這樣）

了解了c++物件模型之後，可以對其進行簡單的驗證，不同的編譯器可能實現有所不同。下面的例子考慮最簡單的情況，暫時不考慮繼承，主要測試以下幾點：

環境：windows server 2003, 32位 + vs2008

(1) 根據物件模型計算類成員偏移量, 並通過偏移量來訪問類成員，包括類的私有成員；

(2) 定義類成員函式指標, 並通過類成員函式指標訪問類成員函式；

/* 2012-11-10 wcdj
* c++虛函式表的例項解析
*/#include // 指定按1位元組對齊
#pragma pack(1)
// 定義普通函式指標
typedef void(*fun)(void);
// 定義類成員函式指標
class base;
typedef void(base::*cfun)(void);
#define callmemfun(obj, pcfun) ( (obj).*(pcfun) )
#define pcallmemfun(pobj, pcfun) ( (pobj)->*(pcfun) )
class base
base(int a, char b): m_ia(a), m_cb(b) {}
virtual ~base() {}
// virtual functions
virtual void f()
virtual void g()
virtual void h()
// non-virtual functions
void test()
void test2()
private:
int m_ia;
char m_cb;
};int main()
/*output:
the size of base: 9
the size of base: 9
&b = 0x12ff3c
*(int *)(&b) = 0x60f3e8
*(int*)(*(int *)(&b)) = 0x4b0701
invork f()
invork g()
invork h()
ia=1
cb=x
this is non-virtual function named test
&base::test = 0x4aedca
&base::test2 = 0x4b263c
this is non-virtual function named test
invork f()
invork g()
this is non-virtual function named test
*/

參考：

[1] c++ 虛函式表解析

[2] 類的普通成員函式的指標

[3] 深度探索c++物件模型，inside the c++ object model

C 物件模型的演變及驗證 1

C 物件模型的演變及驗證 2

c 物件模型1

C 物件模型第1章 C 物件模型

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C 物件模型 第1章 C 物件模型

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